устройство для формирования сферических гранул из материала на основе водных систем

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СФЕРИЧЕСКИХ ГРАНУЛ ИЗ МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ВОДНЫХ СИСТЕМ, содержащее заполненную гидрофобной жидкостью емкость для формирования гранул, которая выполнена с двойной стенкой для размещения в полости охлаждающей жидкости, расположенный над емкостью каплегенератор в виде капилляра, соединенного с емкостью для подачи гранулируемого материала, отличающееся тем, что оно снабжено морозильным агрегатом для поддержания температуры охлаждающей жидкости, сменным сборником гранул, установленным на дне емкости для формирования гранул, и связанной с последней посредством замкнутого контура подачи гидрофобной жидкости дополнительной емкостью с соплом в днище, при этом сопло направлено в сторону подачи капель, а капилляр погружен в жидкость дополнительной емкости.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каплегенератор снабжен дополнительными капиллярами и все капилляры установлены с возможностью вертикального перемещения.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в замкнутый контур подачи гидрофобной жидкости включены подогреватель и регулятор скорости прокачки.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что емкость для подачи гранулируемого материала выполнена герметичной и снабжена источником повышенного давления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для получения полимерных гранул, в частности к устройствам для формирования сферических гранул из материала на основе водных систем, содержащих поливиниловый спирт, и может быть использовано в биотехнологии, медицине, пищевой промышленности, при производстве товаров народного потребления.

Известно устройство для гранулирования полимерных материалов, включающее корпус, в котором находится формующий агрегат и узлы охлаждения, связанные с источником охлаждающей жидкости [1]

Однако это устройство не предназначено для работы с водными системами, содержащими поливиниловый спирт, и не может быть использовано для этой цели, поскольку указанные системы имеют ряд особенностей, например, они остаются жидкими, если не подвергаются криогенной обработке, т.е. с помощью известного устройства не удается зафиксировать сферическую форму исходной водной системы.

Известно устройство, представляющее собой специальную форму в виде металлического стакана (диаметр 120 мм, глубина 20 мм), внутренняя поверхность дна которого содержит полусферические лунки диаметром 10 или 12 мм, причем поверх этих лунок в стакан залита гидрофобная жидкость (кальмаровое масло или толуол) [2] Для получения сферических гранул на основе водных систем, содержащих поливиниловый спирт, водную фазу расфасовывают в указанные лунки, при этом капли принимают сферическую форму. Эти операции осуществляют при комнатной температуре, а затем помещают на длительное время в морозильник.

Однако это устройство отличается большой трудоемкостью и низкой производительностью получения гранул, поскольку их готовят в две стадии. С его помощью можно получать гранулы размером только 10 и 12 мм, что ограничивает ассортимент данных изделий. Размеры формы-стакана таковы, что за одну загрузку удается приготовить не более 40-50 шт. гранул, т.е. производительность данного устройства составляет всего 4-5 гранул в час.

Наиболее близким к изобретению является устройство для формирования сферических гранул из материала на основе жидких смесей, содержащее заполненную гидрофобной жидкостью емкость для формирования гранул, которая выполнена с двойной стенкой для размещения в полости охлаждающей жидкости, расположенный над емкостью каплегенератор в виде капилляра, соединенного с емкостью для подачи гранулируемого материала [3]

Однако в этом устройстве нельзя создать отрицательные температуры, необходимые для формирования гранул, а вибрирующий капилляр может забиваться вязким материалом.

Технический результат изобретения состоит в увеличении производительности устройства, расширении его эксплуата- ционных возможностей и размеров получаемых гранул на основе водных систем, содержащих поливиниловый спирт.

Для достижения технического результата устройство для формирования сферических гранул из материала на основе водных систем, содержащее заполненную гидрофобной жидкостью емкость для формирования гранул, которая выполнена с двойной стенкой для размещения в полости охлаждающей жидкости, расположенный над емкостью каплегенератор в виде капилляра, соединенного с емкостью для подачи гранулируемого материала, согласно изобретению снабжено морозильным агрегатом для поддержания температуры охлаждающей жидкости, сменным сборником гранул, установленным на дне емкости для формирования гранул, и связанной с последней посредством замкнутого контура подачи гидрофобной жидкости дополнительной емкостью с соплом в днище, при этом сопло направлено в сторону подачи капель, а капилляр погружен в жидкость дополнительной емкости.

Каплегенератор может быть снабжен дополнительными капиллярами и все капилляры могут быть установлены с возможностью вертикального перемещения.

В замкнутый контур подачи гидрофобной жидкости могут быть включены подогреватель и регулятор скорости прокачки.

Емкость для подачи гранулируемого материала может быть выполнена герметичной и снабжена источником повышенного давления.

На чертеже изображено устройство для формирования сферических гранул.

Устройство для формирования сферических гранул содержит емкость 1 для формирования гранул, снабженную теплоизо- ляционным покрытием 2 и полостью 3 между двойными стенками емкости. Полость 3 теплоизолированными трубопроводами 4 соединена с морозильным агрегатом 5, который прокачивает через нее хладагент и охлаждает гидрофобную жидкость 6 внутри емкости 1 до необходимой температуры. Предлагаемое устройство содержит также вынимающийся сборник 7 гранул, установленный на дне емкости 1, и каплегенератор, состоящий из капилляра 8 (на чертеже показан один капилляр). При необходимости повышения производительности каплегене- ратора может применяться многоструйный вариант, включающий несколько капилляров, соединенных с емкостью 9 подачи гранулируемого материала, которая соединена с источником 10 повышенного давления и снабжена контрольным манометром 11. В устройстве предусмотрена дополнительная емкость 12 с соплом 13 в днище, направленным в сторону подачи капель. Капилляр 8 погружен в жидкость дополнительной емкости 12. Емкости 9 и 12 связаны в замкнутый контур 14 подачи гидрофобной жидкости, в который включены подогреватель (на чертеже не показан) и насос 15. Емкость 9 выполнена с отверстием и крышкой 16.

Устройство работает следующим образом.

В емкость 1 для формирования гранул заливают гидрофобную жидкость 6 (например, гексан, петролейный эфир, силиконовое масло, вазелиновое масло, смесь вазелиновое масло + гептан, уайт-спирит или др.). В емкость 9 для подачи гранулируемого материала заливают водную систему, содержащую поливиниловый спирт (это может быть раствор данного полимера, дисперсия нерастворимых частиц в нем или эмульсия жидких микрокапель, диспергированных в растворе поливинилового спирта). Включают морозильный агрегат 5, который, прокачивая хладоагент в полость 3, охлаждает гидрофобную жидкость 6 до необходимой для замерзания водных систем температуры (обычно используются температуры от -6 до -50^оС). При наличии низкотемпературного морозильного агрегата можно работать и при более низких температурах, но это существенно увеличивает энергозатраты. После этого включают циркуляцию гидрофобной жидкости 6 в контуре 14, где ее температура поддерживается выше точки замерзания водной системы с помощью подогревателя, которым снабжен насос 15 (это может быть, например, жидкостный термостат). Капли водной системы образуются путем принудительного ее выдавления через капилляр 8 из емкости 9 при помощи повышенного давления. Размеры капель водной системы зависят как от свойств применяемого полимера (используются известные составы), так и от давления в емкости 9, диаметра капилляра 8, скорости циркуляции жидкости в контуре 14, зазора между капилляром и соплом 13, взаимоположения выходных отверстий сопла и капилляра. Для регулирования этих параметров емкость 9 снабжена манометром 11, позволяющим контролировать давление от источника 10 повышенного давления. В контур 14 встроен регулятор скорости прокачки гидрофобной жидкости, а капилляр 8 и сопло 13 имеют возможность взаимного перемещения в вертикальном направлении.

Попадая в емкость 1 с охлажденной гидрофобной жидкостью 6, капли водной системы замерзают в виде сферических гранул, которые собираются в сборнике 7, который после заполнения может быть заменен на пустой. Высота столба охлажденной гидрофобной жидкости в емкости 1 определяется путем падения капли, необходимым для ее замерзания, что зависит от объема самой капли, температуры и вязкости используемой гидрофобной жидкости. Готовое изделие сферические гранулы на основе криогеля поливинилового спирта получаются после оттаивания замороженных частиц.

Производительность устройства может меняться в очень широких пределах от нескольких единиц до 10⁴ шт./ч (последний показатель в 5-10 тыс. раз превышает производительность устройства-прототипа). В предлагаемом устройстве процесс реализуется в одну стадию и непрерывно.

Для замерзания капель водной системы требуется не более 10-180 с, т.е. энергозатраты на криогенную обработку исходной системы многократно снижаются.

Предлагаемое устройство позволяет получать сферические гранулы размерами от долей миллиметра до 12-15 мм, что существенно расширяет ассортимент конечного изделия.

Расширение эксплуатационных возможностей предлагаемого устройства по сравнению с прототипом заключается не только в том, что в данном техническом решении предусмотрены широкие пределы варьирования параметров процесса в отношении размеров получаемых гранул, но определяется и конструкцией каплегене- ратора, который обеспечивает защиту капель, водной системы от подсыхания на обрезе капилляра, поскольку капилляр омывается гидрофобной жидкостью, изолирующей его от контакта с воздухом. Это особенно необходимо при получении мелких гранул, так как даже небольшое подсыхание водной системы на обрезе капилляра нарушает процесс генерирования капель, а водные системы, содержащие поливиниловый спирт, как раз и обладают склонностью к образованию пленок, закупоривающих выходное отверстие капилляра. При необходимости приготовления крупных гранул применять жидкостный контур не нужно, поэтому капилляр в этом случае просто выдвигают ниже обреза сопла. Образование капель с их отрывом от капилляра происходит в воздушной среде, которую, если требуется, легко можно заменить, например, на атмосферу инертного газа.

Таким образом, предлагаемое устройство обладает существенно более широкими эксплуатационными возможностями, чем известные технические решения.